ASPECTOS GENERALES ASPECTOS GENERALES Y APLICACIONES DE LA Y APLICACIONES DE LA

BIORREMEDIACIONBIORREMEDIACIONMaría Noel VeraMaría Noel Vera

Laboratorio de BiorremediaciónLaboratorio de BiorremediaciónIBRIBR

noelvera55@yahoo.com.argrau@ibr.gov.ar

QUE ES LA QUE ES LA BIORREMEDIACION?BIORREMEDIACION?

BiorremediaciónBiorremediación

Vida “Remediar”= Resolver un Vida “Remediar”= Resolver un problemaproblema

Bio-Remediar= usar organismos biológicos para resolver Bio-Remediar= usar organismos biológicos para resolver un problema.un problema.

BiorremediaciónBiorremediación     Se refiere al espectro de métodos que utilizan Se refiere al espectro de métodos que utilizan

organismos (como bacterias, plantas, hongos, etc.) o organismos (como bacterias, plantas, hongos, etc.) o productos metabólicos obtenidos a partir de ellos para productos metabólicos obtenidos a partir de ellos para degradar contaminantes orgánicos peligrosos o degradar contaminantes orgánicos peligrosos o convertir contaminantes inorgánicos en compuestos convertir contaminantes inorgánicos en compuestos ambientalmente menos tóxicos o no tóxicos. ambientalmente menos tóxicos o no tóxicos.

PRINCIPIO DE LA PRINCIPIO DE LA BIORREMEDIACIONBIORREMEDIACION

La biorremediación se basa La biorremediación se basa en la idea de que los en la idea de que los organismos son capaces de organismos son capaces de tomar cosas del ambiente y tomar cosas del ambiente y usarlas para su crecimiento. usarlas para su crecimiento. En esta característica se En esta característica se fundamenta el principio de fundamenta el principio de la biorremediación; usar la biorremediación; usar organismos para que tomen organismos para que tomen sustancias contaminadas del sustancias contaminadas del medio ambiente y las medio ambiente y las conviertan en una forma no conviertan en una forma no tóxica. Algunas bacterias, tóxica. Algunas bacterias, protistas, y hongos son muy protistas, y hongos son muy buenos en la degradación de buenos en la degradación de moléculas complejas.moléculas complejas.

PROCESO DE LA PROCESO DE LA BIOREMEDIACIONBIOREMEDIACION

1.1. Los microbios producen enzimas que “rompen” la Los microbios producen enzimas que “rompen” la molécula contaminante en partes digeribles.molécula contaminante en partes digeribles.

2.2. El contaminante es ingerido y digerido por la célula como El contaminante es ingerido y digerido por la célula como nutriente junto con otras fuentes de energía. nutriente junto con otras fuentes de energía.

OBJETIVOOBJETIVOConvertir sustancias que son peligrosas para los Convertir sustancias que son peligrosas para los organismos vivos a productos inertes, de manera que organismos vivos a productos inertes, de manera que solo queden desechos inofensivos de dichas sustancias.solo queden desechos inofensivos de dichas sustancias.

BIORREMEDIACION:BIORREMEDIACION:BacteriaBacteria

Se han identificado bacterias (ej. Se han identificado bacterias (ej. AnthrobacteriaAnthrobacteria) que podrían usarse para ) que podrían usarse para remover residuos de pesticidas del suelo.remover residuos de pesticidas del suelo.También se emplean bacterias como También se emplean bacterias como detectores de polución y para el monitoreo detectores de polución y para el monitoreo de residuos tóxicos. Estos biosensores de residuos tóxicos. Estos biosensores bacterianos permiten medir los niveles de bacterianos permiten medir los niveles de toxicidad en muestras de agua y tierra.toxicidad en muestras de agua y tierra.Existe la posibilidad de usar plantas Existe la posibilidad de usar plantas modificadas genéticamente (GM) junto con modificadas genéticamente (GM) junto con bacterias para remediar residuos bacterias para remediar residuos persistentes, tales como los residuos de persistentes, tales como los residuos de explosivos.explosivos.Un elevado número de bacterias existen Un elevado número de bacterias existen naturalmente en los suelos y sitios naturalmente en los suelos y sitios destinados a los residuos. Algunas de ellas destinados a los residuos. Algunas de ellas degradan lentamente los diferentes tipos degradan lentamente los diferentes tipos de contaminantes. de contaminantes.

BIORREMEDIATION: BIORREMEDIATION: FitorremediaciónFitorremediación

COMO FUNCIONACOMO FUNCIONA

Ciertas plantas son crecidas en suelos contaminados. Ciertas plantas son crecidas en suelos contaminados. Sus raíces pueden extraer el contaminante, por ejemplo un Sus raíces pueden extraer el contaminante, por ejemplo un metal pesado, ya sea degradándolo o bien adsorbiéndolo. Si metal pesado, ya sea degradándolo o bien adsorbiéndolo. Si ocurre lo último, la planta acumula el tóxico en sus yemas y ocurre lo último, la planta acumula el tóxico en sus yemas y hojas, por lo cual la planta es luego removida e incinerada.hojas, por lo cual la planta es luego removida e incinerada.

BIORREMEDIATION: BIORREMEDIATION: HongosHongos

Ciertos hongos son muy efectivos en la remoción Ciertos hongos son muy efectivos en la remoción de un amplio rango de contaminantes, por ejemplo:de un amplio rango de contaminantes, por ejemplo:

Sustancias empleadas en la preservación de la Sustancias empleadas en la preservación de la madera.madera.Hidrocarburos aromáticos policíclicos.Hidrocarburos aromáticos policíclicos.Organoclorados.Organoclorados.Bifenilos policlorados.Bifenilos policlorados.Tinturas.Tinturas.Pesticidas.Pesticidas.Fungicidas.Fungicidas.Herbicidas.Herbicidas.Lignina.Lignina.

LIMITACIONES DE LA LIMITACIONES DE LA BIORREMEDIACIONBIORREMEDIACION

TIPO DE CONTAMINANTE Y SU CONCENTRACION.TIPO DE CONTAMINANTE Y SU CONCENTRACION.MEDIO AMBIENTE CIRCUNDANTE A LA CONTAMINACION.MEDIO AMBIENTE CIRCUNDANTE A LA CONTAMINACION.TIPO DE SUELO.TIPO DE SUELO.PROXIMIDAD Y CONDICION DE NAPAS.PROXIMIDAD Y CONDICION DE NAPAS.NATURALEZA DEL MICROORGANISMO.NATURALEZA DEL MICROORGANISMO.RELACION COSTO/BENEFICIO: COSTO VERSUS IMPACTO RELACION COSTO/BENEFICIO: COSTO VERSUS IMPACTO AMBIENTAL GENERAL.AMBIENTAL GENERAL.DURACION DEL PROCESO BIORREMEDIATIVO.DURACION DEL PROCESO BIORREMEDIATIVO.CAPACIDAD LIMITADA DE BIORREMEDIACION.CAPACIDAD LIMITADA DE BIORREMEDIACION.

PRINCIPALES FACTORESPRINCIPALES FACTORESA TENER EN CUENTAA TENER EN CUENTA

Temperatura.Temperatura.Disponibilidad de nutrientes Disponibilidad de nutrientes inorgánicos (fuentes de fósforo y inorgánicos (fuentes de fósforo y nitrógeno).nitrógeno).pH.pH.Concentración de metales pesados.Concentración de metales pesados.Concentración de bacterias. Concentración de bacterias.

BIORREMEDIACION

ATENUACION NATURAL IN SITU EX SITU

BIOESTIMULACION BIOAUMENTACION

BIORREMEDIACION IN SITUBIORREMEDIACION IN SITU

BIOESTIMULACIOBIOESTIMULACIONN

BIOAUMENTACIOBIOAUMENTACIONNSe utilizan

microorganismos endógenos para degradarcontaminantes (subsuelo/aguas subterráneas contaminadas).Se estimula la actividad biológica de la bacteria por medio de la inyección de aire a través de los pozos. Estos se instalan en varios puntos del área contaminada, y a través de ellos se inyectan tambiénnutrientes.

Se adiciona un consorcio de microorganismosdegradadores del contaminante.Este consorcio desarrollado en el laboratorio es enriquecido con nutrientes en una solución bioactiva, la cual esinyectada a una profundidad determinada en los pozos monitoreados.

ALTAMENTE EFECTIVOSALTAMENTE EFECTIVOS

BIORREMEDIACION

ATENUACION NATURAL EX SITU IN SITU

LANDFARMING REACTOR EX SITE

BIORREMEDIACION EX SITUBIORREMEDIACION EX SITULANDFARMINGLANDFARMING

REACTOR EX SITEREACTOR EX SITE

Lodos activados.Lodos activados.

Reactores de biomasa fijaReactores de biomasa fija– Biofiltros de percolaciónBiofiltros de percolación– Biofiltro de lecho inmersoBiofiltro de lecho inmerso– BiodiscosBiodiscos– Lecho fluidizado.Lecho fluidizado.

BIORREACTORBIORREACTOR

BIODISCOSBIODISCOS

LODOS ACTIVADOSLODOS ACTIVADOSVENTAJASVENTAJAS

Alta eficiencia.Alta eficiencia.Ocupa areas reducidas.Ocupa areas reducidas.

DESVENTAJASDESVENTAJASRígido control operacional.Rígido control operacional.Baja resistencia a carga de choque.Baja resistencia a carga de choque.Inestabilidad en la decantabilidad del Inestabilidad en la decantabilidad del lodo.lodo.

BIOFILTRO DE BIOFILTRO DE PERCOLACIONPERCOLACION

REACTOR DE LECHO REACTOR DE LECHO FLUIDIZADOFLUIDIZADO

VENTAJAS DE LA BIOMASA FIJAVENTAJAS DE LA BIOMASA FIJA

Mayor estabilidad del proceso.Mayor estabilidad del proceso.Reducida atención operacional. Reducida atención operacional. Bajo consumo de energía.Bajo consumo de energía.Menor espacio requerido.Menor espacio requerido.Menor complejidad operacional.Menor complejidad operacional.Exige menor monitoreo.Exige menor monitoreo.

CASOS DE APLICACION CASOS DE APLICACION EXITOSOSEXITOSOS

BIORREMEDIACION DE METALESBIORREMEDIACION DE METALESCaso: Refinería de Zn en Budel-Caso: Refinería de Zn en Budel-Dorplein (Holanda).Dorplein (Holanda).Planta para remover contaminantes metálicos Planta para remover contaminantes metálicos de aguas subterráneas por reducción de de aguas subterráneas por reducción de sulfatos mediante bacterias (bacterias sulfato sulfatos mediante bacterias (bacterias sulfato reductoras).reductoras).Afluente:Afluente: 300 m 300 m33/h con 100 mg/l Zn, 1 mg/l /h con 100 mg/l Zn, 1 mg/l Cd, y 1000 mg/l sulfato. Cd, y 1000 mg/l sulfato.Efluente:Efluente: <0.3 mg/l Zn, <0.01 mg/l Cd y <0.3 mg/l Zn, <0.01 mg/l Cd y <200 <200 mg/l sulfato. mg/l sulfato.Procedimiento:Procedimiento: los sulfuros metálicos precipitados por el H los sulfuros metálicos precipitados por el H22S, y S, y el S elemental producido por la oxidación microbiana del exceso el S elemental producido por la oxidación microbiana del exceso de Hde H22S, son transportados a un horno de fundición donde se S, son transportados a un horno de fundición donde se recuperan los metales y el sulfuro es convertido en ácido recuperan los metales y el sulfuro es convertido en ácido sulfúrico.sulfúrico.El pH se eleva debido a la producción de bicarbonato como El pH se eleva debido a la producción de bicarbonato como consecuencia de la oxidación de los nutrientes orgánicos.consecuencia de la oxidación de los nutrientes orgánicos.Un efecto neutralizador del pH es apreciado porque los iones Un efecto neutralizador del pH es apreciado porque los iones HH33OO++ son consumidos por la reducción del sulfato. son consumidos por la reducción del sulfato.

BIORREMEDIACION DE SUELOS BIORREMEDIACION DE SUELOS SATURADOS DE DIESELSATURADOS DE DIESEL

La biorremediación de hidrocarburos en suelos saturados La biorremediación de hidrocarburos en suelos saturados usualmente está limitada por la disponibilidad de oxígeno.usualmente está limitada por la disponibilidad de oxígeno.

Caso: costa de Galicia.Caso: costa de Galicia.

Solución:Solución: uso de otros receptores alternativos de uso de otros receptores alternativos de electrones.electrones.

SISTEMAS ANAEROBIOSSISTEMAS ANAEROBIOS+ nutrientes + nutrientes

+Bioaumentación+Bioaumentación

Resultado:Resultado: eliminación de más del 90% de los eliminación de más del 90% de los contaminantes en las zonas más críticas y una contaminantes en las zonas más críticas y una considerable reducción de hidrocarburos en casi todas las considerable reducción de hidrocarburos en casi todas las áreas del lugar.áreas del lugar.

BIORREMEDIACION DE SUELOS BIORREMEDIACION DE SUELOS SATURADOS DE DIESELSATURADOS DE DIESEL

A 4,6 metros de profundidad las concentraciones A 4,6 metros de profundidad las concentraciones de HCT se redujeron de 1.000 mg/kg a menos de de HCT se redujeron de 1.000 mg/kg a menos de 100 mg/kg.100 mg/kg.Se completó la remediación aproximadamente deSe completó la remediación aproximadamente de27.400 m27.400 m33 de suelo y acuífero contaminado con de suelo y acuífero contaminado con diesel cubriendo un área de aproximadamente diesel cubriendo un área de aproximadamente 12.200 m12.200 m22 a una profundidad de 6 metros. a una profundidad de 6 metros.

Se cumplió con todas las regulaciones y Se cumplió con todas las regulaciones y leyes ambientales estatales y federales para leyes ambientales estatales y federales para el desarrollo de este proyecto.el desarrollo de este proyecto.

BIORREMEDIACION DE SUELOS BIORREMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON HC CONTAMINADOS CON HC

Caso: Ex-Refinería “18 de Marzo” Caso: Ex-Refinería “18 de Marzo” (México).(México).

Tecnologías propuestas:•Bioventeo•Cultivo Sólido (Biopilas)•Biobarreras Reactivas•Fitorremediación

La superficie total considerada para remediación tiene una extensión de 55 hectáreas.

BIORREMEDIACION DE SUELOS BIORREMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON HC CONTAMINADOS CON HC

A partir del 28 de febrero del presente año se contrataron los A partir del 28 de febrero del presente año se contrataron los servicios de la Universidad Autónoma de Puebla para realizar servicios de la Universidad Autónoma de Puebla para realizar los trabajos de remediación. A la fecha se tiene un avance los trabajos de remediación. A la fecha se tiene un avance general del 98%. Se retorna el material tratado al sitio de general del 98%. Se retorna el material tratado al sitio de excavación.excavación.

BIORREMEDIACION DE SUELOS BIORREMEDIACION DE SUELOS CONTAMINADOS CON HC CONTAMINADOS CON HC

Asimismo, el 30 de marzo del presente año el Instituto Asimismo, el 30 de marzo del presente año el Instituto Tecnológico Agropecuario de Oaxaca inició la remediación de Tecnológico Agropecuario de Oaxaca inició la remediación de 44.672 m44.672 m22 (89.325 m (89.325 m33) aplicando las técnicas antes ) aplicando las técnicas antes mencionadas. Al momento se tiene un avance del 97%. Se mencionadas. Al momento se tiene un avance del 97%. Se retorna el material tratado a la zona de excavación.retorna el material tratado a la zona de excavación.

Sistema de bioventeoSistema de bioventeo

PROYECTO DE OPTIMIZACION PROYECTO DE OPTIMIZACION DEL PROCESO DEDEL PROCESO DE

BIOTRATAMIENTO DE EFLUENTESBIOTRATAMIENTO DE EFLUENTES

Desarrollo y adaptación de cepas Desarrollo y adaptación de cepas degradadoras de hidrocarburosdegradadoras de hidrocarburos

Gestión de ProyectosGestión de ProyectosPETROBRAS ENERGIA S.A.PETROBRAS ENERGIA S.A.

Planta PGSMPlanta PGSM

Piletas separadoras API

Piletas de tratamiento biológico de efluentes

Land-Farming

Río

Medio ambient

e

Napas

1.1. DDeterminación de la presencia o ausencia de eterminación de la presencia o ausencia de bacterias nativas capaces de degradar los bacterias nativas capaces de degradar los contaminantes. contaminantes.

2.2. Aislamiento de cepas degradadoras de HC Aislamiento de cepas degradadoras de HC presentes en el afluente y/o barros activados. presentes en el afluente y/o barros activados.

3.3. Evaluación de su capacidad degradativa Evaluación de su capacidad degradativa in vitroin vitro..4.4. Caracterización de su capacidad metabólica y Caracterización de su capacidad metabólica y

propiedades relacionadas: producción de propiedades relacionadas: producción de rhamnolípidos, swarming y formación de biofilms.rhamnolípidos, swarming y formación de biofilms.

5.5. Evaluación de la capacidad degradadora de la flora Evaluación de la capacidad degradadora de la flora autóctona en situaciones semejantes a la real.autóctona en situaciones semejantes a la real.

6.6. Efecto del agregado de un consorcio degradador al Efecto del agregado de un consorcio degradador al ecosistema nativo sobre el proceso de ecosistema nativo sobre el proceso de biodepuración. biodepuración.

7.7. Monitoreo de las poblaciones bacterianas para Monitoreo de las poblaciones bacterianas para determinar el grado de toxicidad que presentan determinar el grado de toxicidad que presentan diferentes concentraciones de hidrocarburos totales diferentes concentraciones de hidrocarburos totales a las mismas.a las mismas.

O b j e t i v o s

Caracterización metabólica de la cepa NAFb1

NAFTALENO 2.0%

0.1%

0.5%

1.0%

2.0% 3.0%

4.0%NAFb 1 - + + + + ++

00.20.40.60.8

11.21.4

0 50 100 150 200 250 300Horas

D.O

.

2.00%1.00%0.50%0.10%3.00%4.00%

0

50

100

150

200

30 150 300 600 900 1200Naftaleno total inicial (mg)

Naf

tale

no d

egra

dado

(m

g)

Variación en la [HCT]

Flora Autóctona c/

Consorcio

4,2

89,3

75,1

0,0

25,0

50,0

75,0

100,0

125,0

t0 100 mg/L

FloraAutóctona

mg/

L

t20d

5 10 15 20 25Minutes6

100

200

300

400

500

600uVolts

t 0 300 mg/L HCTt20d Flora

Autóctonac/ Consorcio

Variación en la [HCT]

5,2

1802,1

225,7

2104,3

0,0

200,0

400,0

600,0

800,0

1000,0

1200,0

1400,0

1600,0

1800,0

2000,0

2200,0

2400,0

Barros t0 Efluentet0 300 mg/L

Barros t20 Flora Autóctona+ Nutrientes c/ Consorcio

Efluente t20 Flora Autóctona+ Nutrientes c/ Consorcio

mg/

L

QUE HAY DE NUEVO?QUE HAY DE NUEVO?Ingeniería genética.Ingeniería genética.ControversiaControversia, ya que la liberación de , ya que la liberación de organismos genéticamente diseñados al organismos genéticamente diseñados al medio ambiente puede alterarlo o dar medio ambiente puede alterarlo o dar lugar a organismos modificados que lugar a organismos modificados que pueden ser peligrosos; además ciertos pueden ser peligrosos; además ciertos microorganismos empleados pueden microorganismos empleados pueden competir con los endógenos en el sitio competir con los endógenos en el sitio contaminado, pudiendo perderse contaminado, pudiendo perderse microorganismos útiles. microorganismos útiles. 

CONCLUSIONESCONCLUSIONESSe necesita más investigación.Se necesita más investigación.Muchos factores influencian la eficiencia Muchos factores influencian la eficiencia de la biorremediación dependiendo del de la biorremediación dependiendo del sitio de la contaminación (“consorcios sitio de la contaminación (“consorcios hechos a medida”). hechos a medida”). Hay que desarrollar métodos a gran Hay que desarrollar métodos a gran escala para lograr una mayor eficiencia escala para lograr una mayor eficiencia del proceso de biorremediación de modo del proceso de biorremediación de modo de solucionar el problema y no alterar el de solucionar el problema y no alterar el ecosistema.ecosistema.